Kita sekarang tahu mengapa jet lubang hitam memancarkan radiasi energi tinggi

Inti galaksi aktif, ditenagai oleh lubang hitam supermasif yang dikandungnya, adalah objek paling terang di alam semesta. Cahaya tersebut berasal dari pancaran material yang terlontar dengan kecepatan hampir sama dengan kecepatan cahaya dari lingkungan di sekitar lubang hitam. Dalam kebanyakan kasus, inti galaksi aktif ini disebut quasar. Tetapi pada kesempatan langka di mana salah satu jet diarahkan langsung ke Bumi, itu disebut blazar dan tampak jauh lebih terang.

Sementara garis besar umum tentang cara kerja blazar telah berhasil, banyak detail masih kurang dipahami, termasuk bagaimana materi yang bergerak cepat menghasilkan begitu banyak cahaya. Sekarang, para peneliti telah mengubah observatorium luar angkasa baru yang disebut Penjelajah Pencitraan Sinar-X Polarisasi (IXPE) menuju salah satu api paling terang di langit. Secara keseluruhan, data darinya dan pengamatan lain menunjukkan bahwa cahaya dihasilkan ketika pancaran lubang hitam bertabrakan dengan materi yang bergerak lambat.

Pesawat dan cahaya

IXPE berspesialisasi dalam mendeteksi polarisasi foton berenergi tinggi – arah getaran di medan listrik cahaya. Informasi polarisasi dapat memberi tahu kita sesuatu tentang proses yang menciptakan foton. Misalnya, foton yang berasal dari lingkungan yang tidak teratur pada dasarnya akan memiliki polarisasi acak, sedangkan lingkungan yang lebih teratur cenderung menghasilkan foton dengan rentang polarisasi yang terbatas. Cahaya yang melewati material atau medan magnet juga dapat mengubah polarisasinya.

Ini telah terbukti berguna dalam studi blazars. Foton berenergi tinggi yang dipancarkan benda-benda ini dihasilkan oleh partikel bermuatan di dalam pancaran. Saat benda-benda ini mengubah lintasan atau melambat, mereka harus melepaskan energi dalam bentuk foton. Karena mereka bergerak mendekati kecepatan cahaya, mereka memiliki banyak energi untuk dilepaskan, memungkinkan blazar untuk memancarkan seluruh spektrum dari gelombang radio ke sinar gamma – beberapa dari yang terakhir tetap pada energi tersebut meskipun miliaran tahun pergeseran merah .

Nah, pertanyaannya kemudian menjadi apa yang menyebabkan partikel-partikel ini melambat. Ada dua gagasan utama. Salah satu faktor tersebut adalah bahwa lingkungan di dalam pesawat bergolak, dengan akumulasi material dan medan magnet yang kacau. Hal ini menyebabkan partikel melambat, dan lingkungan yang kacau berarti bahwa polarisasi sebagian besar menjadi acak.

Ide alternatif melibatkan gelombang kejut, di mana material dari jet bertabrakan dengan material yang bergerak perlahan, memperlambatnya. Ini adalah proses yang relatif teratur, menghasilkan polarisasi yang relatif terbatas pita yang menjadi lebih jelas pada energi yang lebih tinggi.

Masukkan IXPE

Serangkaian pengamatan baru adalah kampanye terkoordinasi untuk merekam Blazar Markarian 501 menggunakan berbagai teleskop yang menangkap polarisasi pada panjang gelombang yang lebih panjang, dengan IXPE menangani foton energi tertinggi. Selain itu, para peneliti mencari arsip beberapa observatorium untuk pengamatan awal Markarian 501, yang memungkinkan mereka menentukan apakah polarisasi stabil dari waktu ke waktu.

Secara umum, di seluruh spektrum dari gelombang radio hingga sinar gamma, polarisasi terukur berada dalam jarak beberapa derajat satu sama lain. Itu juga stabil dari waktu ke waktu, dan penyelarasannya meningkat pada energi foton yang lebih tinggi.

Masih ada sedikit perbedaan dalam polarisasi, yang menunjukkan gangguan yang relatif kecil di lokasi tabrakan, yang sebenarnya tidak mengejutkan. Tapi itu jauh lebih tidak bergolak daripada yang Anda harapkan dari materi bergolak dengan medan magnet yang kompleks.

Meskipun hasil ini memberikan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana lubang hitam menghasilkan cahaya, proses ini pada akhirnya bergantung pada produksi pancaran yang terjadi di dekat lubang hitam. Bagaimana jet ini terbentuk masih belum begitu dipahami, sehingga orang yang mempelajari astrofisika lubang hitam masih punya alasan untuk kembali bekerja setelah akhir pekan.

alam2022. DOI: 10.1038 / s41586-022-05338-0 (Tentang DOI).